Ein Schritt in Richtung Quantenelektronik
Quantenkontaktpunkt aus ultrakalten Atomen verbindet zwei Materialien mit ungewöhnlichen quantenmechanischen Eigenschaften.
Ein ultraschnelles elektronisches Netzwerk ohne Schwachstellen zu erschaffen, davon träumen viele Physiker. Nun haben Forscher der Uni Genf und der der ETH Zürich einen wichtigen Schritt in diese Richtung genommen: Es gelang ihnen erstmals, mit einem Quantenkontaktpunkt aus ultrakalten Atomen eine Verbindung zwischen zwei Materialien mit ungewöhnlichen quantenmechanischen Eigenschaften herzustellen und einen sehr effizienten und schnellen Quantentransport zwischen den beiden Materialien zu ermöglichen. Das bedeutet nicht nur einen Fortschritt hinsichtlich elektronischer Bausteine für die Zukunft, sondern auch für das Verständnis von physikalischen Grundprinzipien.
Abb.: Künstlerische Darstellung eines Quantenkontaktpunktes zwischen zwei Wolken kalter Atome. (Bild: D. Husmann, ETH Zürich)
Die Verbindung von supraleitenden Quantenmaterialien bietet neue Möglichkeiten für den Datentransport, der viel effektiver sein kann als mit momentan zur Verfügung stehenden Materialien. Eine der größten Schwierigkeiten aus wissenschaftlicher Sicht besteht darin, zwei stark korrelierte Supraleiter miteinander an einem Quantenpunkt zu verbinden. Die Teams aus Genf und Zürich arbeiteten mit Atomen, die in Laserstrahlen eingefangen werden. Dieser Versuchsaufbau schützt vor äußeren Einflüssen und Störungen. Mit Lasern werden die Atome außerdem extrem abgekühlt. Dadurch lassen sich sehr reine Materialien herstellen, die faszinierende quantenmechanische Eigenschaften besitzen, wie beispielsweise Supraleitfähigkeit. „Bei einem derart kalten Supraleiter wechselwirken die einzelnen Partikel sehr stark untereinander, während diese Interaktion normalerweise sehr schwach ist. Durch die Kühlung können wir also besondere Eigenschaften des Materials hervorbringen“, erklärt Thierry Giamarchi von der Uni Genf. „Mit dieser neuen Quantenverbindung können wir neue Effekte innerhalb dieser supraleitenden Quantensystemen untersuchen. Das ist ein grundlegender Durchbruch für die Quantenforschung mit ultrakalten Atomen.“
Dem Team gelang es, ultrakalte Atome zwischen zwei supraleitenden Quantenmaterialien mit starken Wechselwirkungen durch einen einzelnen Quantenpunkt zu transportieren. Innerhalb der im Laserstrahl gefangenen ultrakalten Atome konnten die Forscher eine beinahe transparente Verbindung etablieren, was eine annähernd hundertprozentige Übertragungsrate bedeutet. Dieser Erfolg stellt einen wichtigen Schritt in der Erforschung von Quantentransport mit ultrakalten Atomen dar und wird den Weg zu weiteren Studien zu Supraleitern und anderen Quantenmaterialen ebnen. Und nicht nur das: Wenn solche Materialen miteinander verbunden werden, dann könnten dabei auch bedeutende Fortschritte für die Datenverarbeitung resultieren, weit über das hinaus, das mit der momentanen Computer- und Elektrotechnik möglich ist. Mit ihrem unkonventionellen Ansatz sind die Genfer und Zürcher Forscher auf einem guten Weg, eine zukunftsträchtige Technologie mitzuentwickeln, die eines Tages den Traum von ultraschnellen und robusten elektronischen Netzwerken wahr werden lassen könnte.
U Genf / RK
